Informatik II: Modellierung Prof. Dr. Martin Glinz. Kapitel 2. Datenmodellierung. Universität Zürich Institut für Informatik

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1 Informatik II: Modellierung Prof. Dr. Martin Glinz Kapitel 2 Datenmodellierung Universität Zürich Institut für Informatik

2 2.1 Grundlagen und Motivation Betriebliche Daten sind in der Regel langlebig stabil wertvoll Ein Modell der Daten beschreibt einen zentralen Aspekt eines betrieblichen Informationssystems Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 2

3 Mögliche Einsatzgebiete für Datenmodelle Analyse und Spezifikation der Daten eines Problembereichs (Datenmodell im engeren Sinn) Beschreibung der Datenarchitektur eines Systems (Dateien, Datenbanken, Datenverteilung) Grundkonzept für die Strukturierung von Daten in einer Datenbank (Datenmodell in der Datenbankterminologie) Logische Organisation der Daten einer Datenbank (konzeptionelles Schema in der Datenbankterminologie) Physische Organisation der Daten einer Datenbank (internes Schema in der Datenbankterminologie) Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 3

4 Datenmodelle im engeren Sinn Analyse der Daten eines Problembereichs (Ausschnitt aus der Realität ) Spezifikation der Daten, die ein System über diesen Problembereich kennen soll Welchen Ausschnitt aus dem Problembereich muss ein geplantes System kennen (damit es seine Aufgaben erfüllen kann)? Wie soll dieser Ausschnitt auf Daten des Systems abgebildet werden? Wo liegen die Grenzen (welche Daten gehören zum System und welche nicht)? Klassischer Vertreter der Datenmodellierung im engeren Sinn: Entity- Relationship-Modell oder Gegenstands-Beziehungs-Modell (Chen 1976) Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 4

5 2.2 Erstellung von Datenmodellen Schritt 1: Abbilden der interessierenden Elemente eines Problembereichs auf Daten AGP Eva Müller Dr. oec. publ. Leiterin Fertigung 10 5 MFr AGP AG Mühlenweg Aastadt Tel Fax Name: Müller Vorname: Eva Geschlecht: weiblich... P21502 leitet Name: Fertigung Umsatz: 8 MCHF Beschäftigte: CH-PROD Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 5

6 Erstellung von Datenmodellen 2 Verwendete Modellelemente: Gegenstand (Objekt, Entität, object, entity) ein individuell erkennbares, von anderen Gegenständen eindeutig unterscheidbares Element des untersuchten Problembereichs Attribut (Eigenschaft, attribute) ordnet einem Gegenstand einen Wert zu, welcher diesen näher charakterisiert Beziehung (relationship) verknüpft einen Gegenstand mit einem anderen Gegenstand Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 6

7 Erstellung von Datenmodellen 3 Schritt 2: Klassifizieren der konkreten Daten nach gemeinsamen Merkmalsarten, abstrahieren von den individuellen Merkmalsausprägungen Eva Müller, Fritz Maier, Mitarbeiter(in) mit Attributen Anne Weber,... Name, Vorname, Geschlecht,... Fertigung, Einkauf, Abteilung mit Attributen Finanzen,... Name, Umsatz, Beschäftigte,... Eva Müller leitet Fertigung Mitarbeiter(in) Fritz Maier leitet Finanzen leitet Anne Weber leitet Einkauf,... Abteilung... Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 7

8 Erstellung von Datenmodellen 4 Gegenstandstyp (Klasse, Entitätstyp, object type, entity type) eine eindeutig benannte Einheit, welche eine Menge gleichartiger Gegenstände beschreibt Ein Gegenstandstyp wird charakterisiert durch die Attribute, welche die Gegenstände dieses Gegenstandstyps haben die Beziehungen, die von Gegenständen dieses Gegenstandstyps zu Gegenständen anderer Typen bestehen können oder müssen Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 8

9 Datenmodelle sind nicht eindeutig (Pragmatik) Beispiele: (1) Eva Müller wird klassifiziert als Mitarbeiterin in einem Personalinformationssystem Patientin in einem Spitalinformationssystem (2) Die Firma AGP hat mehrere Niederlassungen in verschiedenen Orten. Ort kann modelliert werden als Attribut von Niederlassung Gegenstandstyp mit Beziehung zu Niederlassung (3) In einem Reisebüro werden Reisen gebucht. Die Buchung kann modelliert werden als Beziehung zwischen Reise und Kunde als Gegenstandstyp mit Beziehungen zu Reise und Kunde Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 9

10 Regeln Der Wert jedes Attributs ist existenzabhängig von dem Gegenstand oder dem Attributwert, den es charakterisiert Beziehungen gibt es nur zwischen Gegenständen, nicht zwischen Attributen oder zwischen Gegenstand und Attribut Eine Beziehung, die mehrere Attribute oder gar eigene Beziehungen hat, wird meist als Gegenstandstyp modelliert. Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 10

11 Aufgabe 2.1 Mit welcher Pragmatik wird eine Person modelliert a) In einem Informationssystem für die Einwohnerkontrolle einer Gemeinde b) Im Personalinformationssystem eines Transportunternehmens c) In einem Spital-Informationssystem? Nennen Sie jeweils einige typische Attribute und Beziehungen, die zu modellieren bzw. wegzulassen sind. Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 11

12 2.3 Beschreibung und Notation von Datenmodellen Datenmodell (in der Datenbankterminologie: Schema) eine Menge von Gegenstandstypen mit Angabe der für die Gegenstände dieser Typen verlangten / erlaubten Attribute und Beziehungen. Datenmodelle werden vorzugsweise mit sogenannten Entity- Relationship-Diagrammen (Gegenstands-Beziehungs-Diagrammen) visualisiert: Beispiel: Mitarbeiter(in) leitet Abteilung PNr Name Vorname Geschlecht AId Name Umsatz Beschäftigte Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 12

13 Notation der Attribute Attribute werden häufig nicht graphisch, sondern mit Text notiert. Beispiel: GEGENSTANDSTYP Abteilung AId: BB-BBBB (Dabei ist gleichzeitig die Angabe von Name: Zeichenkette Wertebereichen für die Attributwerte Umsatz: MCHF möglich) Beschäftigte: Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 13

14 Verwendete modelltheoretische Konzepte Datenmodell-Element Gegenstand, Gegenstandstyp Attribut Beziehung Problembereich Abbildung des Problembereichs Abbildung nur der interessierenden Elemente Klassifizierung Nicht-Eindeutigkeit Rechteck, Raute,... Modelltheoretisches Konzept Individuum Attribut Attribut Original Abbildungsmerkmal pragmatisches Merkmal Verkürzungsmerkmal Verkürzungsmerkmal pragmatisches Merkmal Notation Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 14

15 2.4 Methodik der Datenmodellierung Informationsquellen: Aufgabenbeschreibungen, Gespräche oder Gesprächsnotizen, Formulare, Beschreibungen vorhandener oder verlangter Datenbestände, Glossare (Begriffslexika), Szenarien, Anwendungsfälle (vgl. Kapitel 6) Modellbildung Gewinnung: Informationsquellen erschließen und auswerten Beschreibung: Gewonnene Information klassifizieren, ordnen und als Datenmodell-Fragmente darstellen Fragmente abgleichen / zusammenbauen / vervollständigen Rückkopplung durch ständiges Validieren/Reflektieren von Modellfragmenten Mögliche Verfahren: Objektanalyse, Ereignis-Reaktions-Analyse Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 15

16 Objektanalyse Prinzip: Textanalyse des vorhandenen Materials Grammatisches Subjekt, grammatische Objekte Kandidaten für Gegenstände, Gegenstandstypen, Attributwerte, Attribute oder Wertebereiche Verben beschreiben Zusammenhänge oder Handlungen: Zusammenhänge Beziehungen, Attribute Handlungen Funktionalität, Verhalten (wird in Datenmodellen nicht modelliert) Adjektive präzisieren Aussagen, schränken sie ein oder sind Kandidaten für Attributwerte Fragmente klassifizieren, ordnen, vervollständigen Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 16

17 Objektanalyse 2 Liefert nur bei brauchbarem Ausgangsmaterial brauchbare Ergebnisse Das Klassifizieren, Ordnen und Vervollständigen ist die Hauptarbeit Abgrenzung von Gegenständen/Gegenstandstypen gegen Attribute/Werte: Gegenstände haben eine Identität Attributwerte sind Daten ohne eigene Identität Attribute von Attributen werden in der Regel vermieden: In solchen Situationen Gegenstandstypen und Beziehungen modellieren Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 17

18 Beispiel zur Objektanalyse Zu erstellen sei ein Informationssystem für Reisebüros Im Glossar (Begriffslexikon) für dieses System findet sich folgende Information:... Buchung - Kauf eines Arrangements (provisorisch oder fest) durch einen Kunden. Gibt an, welches Arrangement von welchem Kunden gebucht wurde. Enthält ferner Buchungsdatum, Preis, Buchungsstatus und Kurzzeichen des Sachbearbeiters.... Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 18

19 Vorgehen Buchung - Kauf eines Arrangements (provisorisch oder fest) durch einen Kunden. Gibt an, welches Arrangement von welchem Kunden gebucht wurde. Enthält ferner Buchungsdatum, Preis, Buchungsstatus und Kurzzeichen des Sachbearbeiters. Gegenstandstypen: Buchung, Kauf Arrangement Kunde Attribute: BuchungsDatum Preis BuchungsStatus Kurzzeichen des Sachbearbeiters Verbindlichkeit Attributwerte: provisorisch fest gebucht wurde: Beziehungen Buchung Arrangement, Buchung Kunde Enthält: Zuordnung von Buchungsdatum, etc. als Attribute von Buchung Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 19

20 Beispiel zur Objektanalyse 2 Resultierendes Modellfragment: Buchung betrifft Arrangement Datum Preis Status Sachbearbeiter gebucht durch Kunde Verbindlichkeit Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 20

21 Ereignis-Reaktions-Analyse Prinzip: Analyse von Systeminteraktionen mit Rückschluss auf die benötigten Daten Für jedes externe, auf das Informationssystem einwirkende Ereignis die erwartete Reaktion des Informationssystems analysieren Welche nicht mit dem Ereignis eintreffenden Daten werden für die Reaktion benötigt? Welche erzeugten Ergebnisse werden nicht sofort, sondern in späteren Schritten benötigt? Beide Datenarten sind Bestandteile des Datenmodells Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 21

22 Beispiel zur Ereignis-Reaktions-Analyse Zu erstellen sei ein Informationssystem für Reisebüros In einem Szenario zu diesem System findet sich folgende Information: Eine Person will ein Arrangement buchen. Zunächst wird geprüft, ob das gewünschte Arrangement existiert und ob es noch ausreichend freie Plätze hat. Falls ja, so wird das Arrangement gebucht. Hierzu erfasst der Berater die persönlichen Daten des Kunden, sofern dieser nicht bereits in der Kundendatei ist. Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 22

23 Beispiel zur Ereignis-Reaktions-Analyse 2 Resultierendes Modellfragment: Kunde bucht Arrangement Name Vorname... Nummer Beschreibung Beginn Anzahl frei Aufgabe 2.2: Vergleichen Sie die Modellfragmente dieses und des vorausgegangenen Beispiels Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 23

24 Aufgabe 2.3 Nehmen Sie an, Sie haben MitarbeiterInnen und Abteilungen gemäß folgendem Bild modelliert: Mitarbeiter(in) leitet Abteilung PNr Name Vorname AId Name Umsatz Geschlecht Beschäftigte Sie erhalten nun folgende neuen Informationen: MitarbeiterInnen arbeiten in Projekten mit. Jedes Projekt hat einen Namen. Ferner müssen die Daten von Projektbeginn und Projektende gespeichert werden. Analysieren Sie diese zusätzlichen Informationen und stellen Sie das Ergebnis dar, indem Sie das bisherige Modell entsprechend modifizieren. Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 24

25 Literatur Batini, C. S. Ceri, S. Navathe (1992). Conceptual Database Design: An Entity- Relationship-Approach. Redwood City: Benjamin/Cummings. Boman, M., J.A. Bubenko, P. Johannesson, B. Wangler (1997). Conceptual Modelling. London, etc.: Prentice Hall. Chen, P.P. (1976). The Entity-Relationship Model - Toward a Unified View of Data. ACM Transactions on Database Systems Informatik II: Modellierung Kapitel by Martin Glinz 25

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